Obsadzovanie oddelení nádoby časticami plynu
Obsadzovanie oddelení nádoby časticami plynu
Na príklade s malým počtom častíc v nádobe si ukážeme ako tieto častice obsadzujú priestor nádoby. Predstavme si, že častice sa nachádzajú v nádobe, ktorú myslene rozdelíme na rovnaké oddelenia A, B. Ak je častíc N, potom v každom okamihu platí , kde nA, nB sú počty častíc v oddeleniach A, B.
Ak máme len jednu časticu (očíslovanú 1), potom pri svojom pohybe obsadzuje oddelenia nasledovne:
odd. A |
odd. B |
nA |
nB |
C(n) |
1 |
- |
1 |
0 |
1 |
- |
1 |
0 |
1 |
1 |
Ak máme N = 2, potom tieto častice (očíslované 1, 2) sa môžu nachádzať v nádobe takto:
odd. A |
odd. B |
nA |
nB |
C(n) |
1 |
2 |
1 |
1 |
1 |
2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
- |
1 2 |
0 |
2 |
1 |
1 2 |
- |
2 |
0 |
1 |
Ak sú v nádobe 3 častice, N = 3, potom sú možné takéto kombinácie obsadenia oddelení:
odd. A |
odd. B |
nA |
nB |
C(n) |
1 2 3 |
- |
3 |
0 |
1 |
1 |
2 3 |
1 |
2 |
|
2 |
1 3 |
1 |
2 |
3 |
3 |
1 2 |
1 |
2 |
|
2 3 |
1 |
2 |
1 |
|
1 3 |
2 |
2 |
1 |
3 |
1 2 |
3 |
2 |
1 |
|
- |
1 2 3 |
0 |
3 |
1 |
C(n) je počet usporiadaní s rovnakým počtom častíc v jednom oddelení, napr. v tretej tabuľke sú tri usporiadania pre pomer nA : nB = 1 : 2. Počet usporiadaní pre N = 2 je
počet usporiadaní pre N = 3 je 8, pre N = 4 by bolo 16, atd. Všeobecne:
počet usporiadaní v 2 oddeleniach = 2N.
Prevrátená hodnota počtu usporiadaní je pravdepodobnosť realizácie jedného (ľubovoľne zvoleného) usporiadania
a pravdepodobnosť realizácie určitej kombinácie obsadenia oddelení je
Napr. pre nA = 2, nB = 1 pre N = 3 je (pozri tabuľku) Pn = 3/23 = 3/8. Aby sme si predstavili tieto pravdepodobnosti, zvoľme si N = 80, potom počet usporiadaní je 280 » 1024. Ak by sme fotografovali usporiadanie v nádobe každú 1 ms, potrebovali by sme dobu dlhšiu ako vek Zeme na to, aby sme mali istotu získania fotografie usporiadania, keď všetky častice sú v oddelení A. Inými slovami, pravdepodobnosť takéhoto usporiadania je mizivá. Ešte menšiu pravdepodobnosť dostaneme pre to, ak by sme očakávali, že sa nahrnie bez vonkajšieho zásahu 2,5.1019 molekúl vzduchu, ktoré sú v kocke s objemom 1 cm3, do jednej jej polovice.